3. Флеш-пам'ять.
І
снує
думка, що назва FLASH стосовно типу пам'яті
переводиться як «спалах». Насправді це
не зовсім так. Одна з версій його появи
говорить про те, що вперше в 1989-90 році
компанія Toshiba спожила слово Flash в контексті
«швидкий, миттєвий» при описі своїх
нових мікросхем. Взагалі, винахідником
вважається Intel, що представила в 1988 році
флеш-пам'ять з архітектурою NOR. Роком
пізніше Toshiba розробила архітектуру
NAND, яка і сьогодні використовується
разом з тією ж NOR в мікросхемах флеш.
Власне, зараз можна сказати, що це два
різні види пам'яті, мають в чомусь схожу
технологію виробництва.
Схема осередку приведена на малюнку вижче. Вона характерна для більшості флеш-чипів і представляє з себе транзистор з двома ізольованими затворами: керівником (control) і плаваючим (floating). Важливою особливістю останнього є здатність утримувати електрони, тобто заряд. Також в осередку є так звані «стік» і «витік». При програмуванні між ними, внаслідок дії позитивного поля на управляючому затворі, створюється канал — потік електронів. Деякі з електронів, завдяки наявності більшої енергії, долають шар ізолятора і потрапляють на плаваючий затвор. На ньому вони можуть зберігатися протягом декількох років. Певний діапазон кількості електронів (заряду) на плаваючому затворі відповідає логічній одиниці, а все, що менше його, — нулю. При читанні ці стани розпізнаються шляхом вимірювання порогової напруги транзистора. Для стирання інформації на управляючий затвор подається висока негативна напруга, і електрони з плаваючого затвора переходять (тунелюють) на витік. В технологіях різних виробників цей принцип роботи може відрізнятися за способом подачі струму і читанням даних з осередку
Це дозволяє істотно зменшити розміри мікросхем, що випускаються, спростити технологічний процес, а, отже, і понизити собі вартість. Але і один біт далеко не межа: Intel вже випускає пам'ять StrataFlash, кожний осередок якої може берегти по 2 біти інформації. Крім того, існують пробні зразки, з 4-х і навіть 9-і бітовими осередками! В такій пам'яті використовуються технологія багаторівневих осередків. Вони мають звичайну структуру, а відмінність полягає в тому, що заряд їх ділиться на декілька рівнів, кожному з яких у відповідність ставиться певна комбінація біт. Теоретично прочитати/записати можна і більш 4-х біт, проте, на практиці виникають проблеми з усуненням шумів і з поступовим витоком електронів при тривалому зберіганні. Взагалі, у існуючих сьогодні мікросхем пам'яті для осередків характерний час зберігання інформації, що виміряється протягом років і число циклів читання/запису — від 100 тисяч до декількох мільйонів. З недоліків, зокрема, у флеш-пам'яті з архітектурою NOR варто відзначити погану масштабованість: не можна зменшувати площу чипів шляхом зменшення розмірів транзисторів. Ця ситуація пов'язана із способом організації матриці осередків: в NOR архітектурі до кожного транзистора треба підвести індивідуальний контакт. Набагато краще в цьому плані йдуть справи у флеш-пам'яті з архітектурою NAND.
NOR
Схема логічного елемента, власне що дав їй назву (NOR — Not OR — в булевій математиці позначає заперечення «АБО»), приведена на малюнку. |
|
За допомогою неї здійснюється перетворення вхідних напруг у вихідні, відповідні «0» і «1». Вони необхідні, тому що для читання/записи даних в елементі пам'яті використовуються різні напруги.
комірка
NAND
N
комірка |
|
Пристрій і принцип роботи осередків у неї такий же, як і у NOR. Хоча, окрім логіки, все-таки є ще одна важлива відмінність — архітектура розміщення осередків і їх контактів. На відміну від вищеописаного випадку, тут є контактна матриця, в перетинах рядків і стовпців яку маються свій в розпорядженні транзистори. Це порівнянно з пасивною матрицею в дисплеях :) (а NOR — з активною TFT). У випадку з пам'яттю така організація дещо краща — площу мікросхеми можна значно зменшити за рахунок розмірів осередків. Недоліки полягають в більш низькій в порівнянні з NOR швидкості роботи в операціях побайтового довільного доступу.
Існують ще і така архітектура як: DiNOR (Mitsubishi), superAND (Hitachi) і ін. Принципово нового нічого вони не представляють, а лише комбінують кращі властивості NAND і NOR.
Та все ж, як би там не було, NOR і NAND на сьогоднішній день випускаються на рівних і практично не конкурують між собою, тому як через свої якості знаходять застосування в різних областях зберігання даних.